基于SCA规范下FPGA的硬件抽象层设计

文章摘要：本设计中的FPGA采用Xilinx公司Virtex 5系列的2200万门器件XC5VLX220-1FF1760I以及500万门器件XC5VSX95T-lFF1136I。DSP选用TI公司的TMS320C6416T，该DSP具有的丰富的集成外设，可适应各种不同的应用需求。通用FLASH采用Spansion公司的S29GL512N10TAI高密度NOR型FLASH。S9GL512N的容量高达512Mbit，可以存储多个版本的DSP和FPGA程序。NOR型FLASH的读操作时序和EEPROM相同，读／写操作最短周期为100ns，可以直接用于DSP的BOOT引导。TMS320C6416T与CPLD配合

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　　本设计中的FPGA采用Xilinx公司Virtex 5系列的2200万门器件XC5VLX220-1FF1760I以及500万门器件XC5VSX95T-lFF1136I。DSP选用TI公司的TMS320C6416T，该DSP具有的丰富的集成外设，可适应各种不同的应用需求。通用FLASH采用Spansion公司的S29GL512N10TAI高密度NOR型FLASH。S9GL512N的容量高达512Mbit，可以存储多个版本的DSP和FPGA程序。NOR型FLASH的读操作时序和EEPROM相同，读／写操作最短周期为100ns，可以直接用于DSP的BOOT引导。TMS320C6416T与CPLD配合，可以控制FPGA配置文件的下载过程。FPGA芯片通过高速并行接口可与AD和DA直接相连，以进行高速的数字处理。DSP芯片可通过EMIFA(外部存储器接口)接口与FPGA进行通信。

　　在实际应用中，平台需以多模式的方式工作，并应根据需要实时更新功能程序。因此，用户可在FLASH芯片中划分区域，以将多种功能程序分别存储在不同区域，并确定区域首地址。系统上电复位后，DSP和FLASH芯片先完成初始化，之后DSP会按照默认方式访问默认首地址并加载默认DSP和FPGA功能程序，以便系统工作在默认模式下；当需要更新模式时，主控设备先发送指令，DSP检测到指令后，DSP便按照指令要求查到对应首地址，并从新功能的首地址开始为DSP和FPGA加载新的功能程序，系统即工作在新模式下。如此便可在同一个硬件平台上，通过动态调用不同的软件程序来实现多功能、多模式的工作。

　　利用此硬件平台还可实现MSK数字调制解调功能。FPGA的硬件抽象层的实现可将FPGA与外部接口在FPGA内，用一个专用的小模块来实现对外交互，并在这个特定模块里定义好HC与外部交互的接口形式(如数据总线，相关的时钟信号、控制信号等)。然后根据功能需要在FPGA内为AD、DA、DSP、CPLD以及互连的FPGA抽象出独立的标准通信接口模块ADHAL、DAHAL、DSPHAL、CPLDHAL和FPGAHAL，另外，还需要设计MSK调制和解调的HC模块，其中调制部分包括DDS和数字正交上变频两个子模块。数字正交上变频可采用AD9779来实现。解调部分主要包括数字正交下变频、基带解调、中值滤波和位同步四个子模块。这些HC模块均为独立的文件，而且各个模块的参数均可配置。这样便可利用上述编制好的文件来实现MSK调制解调功能。事实上，只需要在一个工程中把用到的文件包含进来，并在顶层文件中实例化各个模块，同时根据实际硬件连接约束FPGA的引脚，最后通过综合实现并生成FPGA配置文件，再用DSP和CPLD来完成配置，即可实现如图6所示的FPGA内部抽象层。也可以通过主机动态配置各个模块的参数以及连接关系，以实现不同频段的调制和解调。如果要完成其它方式的数字调制解调，只需要把MSK调制和解调的HC模块替换为其他数字调制解调算法，并通过主机发送指令重新对FPGA进行配置即可。这样就可提高软件模块的可移植性、可重用和可互操作性。

　　4结束语

　　通过HAL-C提供的平台，不但可使波形应用开发者从底层硬件的细节处理中脱离出来，专注实现组件的算法功能，而且，基于FPGA硬件抽象层连接设计的软件，还具有很好的可移植性，因而能有效缩短系统开发周期，提高系统开发效率。(张晓波，窦衡 电子科技大学)

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